JP7130950B2 - 圧電素子及び液体吐出ヘッド - Google Patents
圧電素子及び液体吐出ヘッド Download PDFInfo
- Publication number
- JP7130950B2 JP7130950B2 JP2017238792A JP2017238792A JP7130950B2 JP 7130950 B2 JP7130950 B2 JP 7130950B2 JP 2017238792 A JP2017238792 A JP 2017238792A JP 2017238792 A JP2017238792 A JP 2017238792A JP 7130950 B2 JP7130950 B2 JP 7130950B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- layer
- piezoelectric
- potassium
- piezoelectric element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims description 26
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 67
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims description 55
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 54
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 53
- 239000011591 potassium Substances 0.000 claims description 53
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 51
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims description 49
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical group [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 39
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims description 14
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 120
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 64
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 23
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 description 15
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 14
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 10
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 10
- 230000008859 change Effects 0.000 description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 9
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 9
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 7
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 6
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 6
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 6
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 150000004696 coordination complex Chemical class 0.000 description 5
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 5
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 4
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 4
- SCVFZCLFOSHCOH-UHFFFAOYSA-M potassium acetate Chemical compound [K+].CC([O-])=O SCVFZCLFOSHCOH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N Propylene glycol Chemical compound CC(O)CO DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- TVMXDCGIABBOFY-UHFFFAOYSA-N octane Chemical compound CCCCCCCC TVMXDCGIABBOFY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 3
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- KBPLFHHGFOOTCA-UHFFFAOYSA-N 1-Octanol Chemical compound CCCCCCCCO KBPLFHHGFOOTCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- AMQJEAYHLZJPGS-UHFFFAOYSA-N N-Pentanol Chemical compound CCCCCO AMQJEAYHLZJPGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- DIOQZVSQGTUSAI-UHFFFAOYSA-N decane Chemical compound CCCCCCCCCC DIOQZVSQGTUSAI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- HTXDPTMKBJXEOW-UHFFFAOYSA-N dioxoiridium Chemical compound O=[Ir]=O HTXDPTMKBJXEOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- ZSIAUFGUXNUGDI-UHFFFAOYSA-N hexan-1-ol Chemical compound CCCCCCO ZSIAUFGUXNUGDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 2
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 2
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000457 iridium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- ZUFQCVZBBNZMKD-UHFFFAOYSA-M potassium 2-ethylhexanoate Chemical compound [K+].CCCCC(CC)C([O-])=O ZUFQCVZBBNZMKD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 235000011056 potassium acetate Nutrition 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 238000004151 rapid thermal annealing Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 2
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 2
- POAOYUHQDCAZBD-UHFFFAOYSA-N 2-butoxyethanol Chemical compound CCCCOCCO POAOYUHQDCAZBD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CYWDDBNPXTUVNN-UHFFFAOYSA-I 2-ethylhexanoate;niobium(5+) Chemical compound [Nb+5].CCCCC(CC)C([O-])=O.CCCCC(CC)C([O-])=O.CCCCC(CC)C([O-])=O.CCCCC(CC)C([O-])=O.CCCCC(CC)C([O-])=O CYWDDBNPXTUVNN-UHFFFAOYSA-I 0.000 description 1
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N Cyclohexane Chemical compound C1CCCCC1 XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N O-Xylene Chemical compound CC1=CC=CC=C1C CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VMHLLURERBWHNL-UHFFFAOYSA-M Sodium acetate Chemical compound [Na+].CC([O-])=O VMHLLURERBWHNL-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000002149 energy-dispersive X-ray emission spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- WWZKQHOCKIZLMA-UHFFFAOYSA-N octanoic acid Chemical compound CCCCCCCC(O)=O WWZKQHOCKIZLMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 229910052762 osmium Inorganic materials 0.000 description 1
- SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N osmium atom Chemical compound [Os] SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000000717 platinum sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 1
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N selanylidenegallium;selenium Chemical compound [Se].[Se]=[Ga].[Se]=[Ga] VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000001632 sodium acetate Substances 0.000 description 1
- 235000017281 sodium acetate Nutrition 0.000 description 1
- 125000004436 sodium atom Chemical group 0.000 description 1
- VYPDUQYOLCLEGS-UHFFFAOYSA-M sodium;2-ethylhexanoate Chemical compound [Na+].CCCCC(CC)C([O-])=O VYPDUQYOLCLEGS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000008096 xylene Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
- H10N30/877—Conductive materials
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
- B41J2/14233—Structure of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/01—Manufacture or treatment
- H10N30/06—Forming electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/01—Manufacture or treatment
- H10N30/07—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base
- H10N30/074—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by depositing piezoelectric or electrostrictive layers, e.g. aerosol or screen printing
- H10N30/077—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by depositing piezoelectric or electrostrictive layers, e.g. aerosol or screen printing by liquid phase deposition
- H10N30/078—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by depositing piezoelectric or electrostrictive layers, e.g. aerosol or screen printing by liquid phase deposition by sol-gel deposition
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
- H10N30/853—Ceramic compositions
- H10N30/8542—Alkali metal based oxides, e.g. lithium, sodium or potassium niobates
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
- B41J2/14233—Structure of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm
- B41J2002/14241—Structure of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm having a cover around the piezoelectric thin film element
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2002/14419—Manifold
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Description
結晶粒を含む第1電極と、
カリウム、ナトリウム及びニオブを含み、前記第1電極の上方に設けられた圧電体層と、
前記圧電体層の上方に設けられた第2電極と、
を備え、
前記結晶粒の平均粒径が550nm未満である。
前記第1電極は、白金族元素を主成分としてもよい。
前記第1電極は、白金を主成分としてもよい。
前記第1電極は、カリウム又はナトリウムを含んでもよい。
前記第2電極は、白金族元素を主成分とし、
カリウム又はナトリウムを含んでもよい。
前記結晶粒の平均粒径が150nm以下であってもよい。
上述の圧電素子を含む。
本実施形態に係る圧電素子について、図面を参照しながら説明する。図1は、本実施形態に係る圧電素子100を模式的に示す断面図である。本実施形態の圧電素子100は、第1電極10と、第1電極10の上方に設けられた圧電体層20と、圧電体層の上方に設けられた第2電極30と、を備える。
第1電極10は、圧電体層20に電圧を印加するための一方の電極である。第1電極10は、圧電体層20の下に設けられた下部電極と呼ぶこともできる。図示の例では、第1
電極10は、基体2(振動板230)の上に設けられている。
上である。
圧電体層20は、第1電極10の上方に設けられる。図示の例では、圧電体層20は、第1電極10上に設けられている。圧電体層20の膜厚は、例えば、100nm以上3μm以下である。圧電体層20は、第1電極10と第2電極30との間に電圧が印加されることにより、変形することができる。圧電体層20は、ペロブスカイト型の結晶構造を含んでおり、電圧が印加されることにより電気機械変換効果を発現する。
いる)よりも分子半径が大きく、形成される結晶の格子間隔に、より適合しにくい。その観点から、カリウム、ナトリウムのうち、カリウムの原料をより多く仕込むことがより好ましい。
第2電極30は、圧電体層20の上方に設けられる。図示の例では、第2電極30は、圧電体層20上に設けられている。第2電極30は、圧電体層20に電圧を印加するための他方の電極である。第2電極30は、圧電体層20の上に設けられた上部電極である。
圧電素子100は、例えば、基体2上に形成される。基体2は、例えば、半導体、絶縁体などで形成された平板である。基体2は、単層であっても、複数の層が積層された構造であってもよい。基体2は、上面が平面的な形状であれば内部の構造は限定されず、例えば、内部に空間等が形成された構造であってもよい。
次に、本実施形態に係る圧電素子100の製造方法について説明する。
次に、本実施形態に係る液体吐出ヘッドについて、図面を参照しながら説明する。図2は、本実施形態に係る液体吐出ヘッド200を模式的に示す分解斜視図である。図3は、本実施形態に係る液体吐出ヘッド200を模式的に示す平面図である。図4は、本実施形
態に係る液体吐出ヘッド200を模式的に示す図3のIX-IX線断面図である。なお、図2~図4では、互いに直交する3軸として、X軸、Y軸、及びZ軸を図示している。
1電極10のY軸方向の大きさは、圧力発生室211のY軸方向の大きさよりも小さい。第1電極10のX軸方向の大きさは、圧力発生室211のX軸方向の大きさよりも大きい。X軸方向において、第1電極10の両端部は、圧力発生室211の両端部より外側に位置している。第1電極10の-X軸方向側の端部には、リード電極202が接続されている。
以下、本発明を実験例によってさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実験例に限定されるものではない。
シリコン基板に、酸化シリコン層及び酸化ジルコニウム層を積層し、これを各実験に用いる基板として準備した。基板を、RFマグネトロン式スパッタ装置(キャノンアネルバ株式会社製、型番:FC7000)のチャンバーに入れ、アルゴンガス流量50sccm、チャンバー内圧力2Pa、基板-ターゲット間距離100mm、電力200Wとし、ターゲットに白金を用いて、基板温度を表1に示す温度に変更して各基板に第1電極を成膜した。第1電極の結晶粒径は、主に基板温度、チャンバー内のガス圧力、電力に依存し、基板温度が高いと粒径は大きく、チャンバー内ガス圧が低いと粒径は大きく、電力が高いと粒径は大きくなる傾向がある。粒径制御はこれらの因子を最適化することで、効率性、結晶配向性に影響する因子である成膜速度とマチングする条件で行った。各基板温度で成膜した第1電極のSEM(株式会社日立ハイテクノロジーズ製、型番:S-4700)を用いた観察結果を図5、図6に示す(図中に基板温度を併記した。)。また、各基板温度で成膜した第1電極の結晶粒の平均粒径を表1に併せて記載した。平均粒径は、2000nm×2000nm角のSEM画像内に完全に収まった結晶粒を5個を無作為に選択し、選択された各結晶粒について、最大差し渡しをそれぞれ測定しその平均値を、第1電極の結晶粒の平均粒径とした。
各第1電極上に、圧電体層を表2に示すAサイト元素過剰比で成膜し、さらに第2電極を白金スパッタにより形成した。得られた積層体の断面をTEM-EDX(透過型電子顕
微鏡-エネルギー分散型X線分析、FEI製、型番:TecnaiG2F30)にて観察し、カリウム及びナトリウムの分布状態を評価した結果を図7に示す。図中白い点状に見えるのが、カリウム、ナトリウムの原子または集合した原子団である。カリウム、ナト
リウムは圧電体層内に分布するのは当然であるが、カリウムが第1電極層内、第1電極層の下部に位置する密着層内、第2電極層内にも存在しているのが確認できる。ナトリウムも同様に圧電体層の外部への拡散が認められる。但し、ナトリウムの密着層内への拡散量はカリウム程には多くない。第1電極層内、第2電極層内及び密着層内へのカリウム、ナトリウムの拡散量を、この図7に示した断面TEM-EDX像を用いて評価した。
上記「4.2.」で得られた積層体における第1電極と基板との密着力を薄膜密着強度測定機(フォトテクニカ株式会社製、型番:RomulusIV)を用いてセバスチャン法により測定した。また、基板のシリコンをエッチングして、酸化シリコン、酸化ジルコニウム、第1電極、圧電体層及び第2電極の積層体(振動板)を形成し、その固有振動数を測定した。振動板の固有振動数は、ドップラー変位計(Polytec社製、型番:NLV-2500)を用いて振動板の残留振動の周期を測定することで求めた。又はインピーダンス・アナライザー(Agilent社製、型番:4294A)を用いて、機械的共振(固有振動)と同期する、電気的共振時の交流電源の周波数から求めた。振動板の固有振動の絶対値は、振動板を構成する膜厚、ヤング率に左右されるが、振動板を構成する膜をスパッタ法、液相法何れで形成しても、その膜厚変動は1nm未満に制御できる。膜厚変動による固有振動数の変動よりも、第1電極層内、第2電極層内に拡散したカリウム、ナトリウムの拡散量の変動による電極層のヤング率の変動の方が、固有振動数の変動即ち製品特性への影響が大きい。振動板の固有振動数の変動は、即ちアクチュエーターの曲げ剛性の変動要因になり、変位特性に影響する。電極層内への拡散量は前述した如く、電極を構成する結晶粒径(粒界密度と緻密性)に依存するから、製品特性は電極の粒径に依存することになる。電極の結晶粒径と振動板の固有振動数の変動、第1電極と基板との密着力の測定結果を表1に示した。
表1に示すように、第1電極の白金の結晶粒の平均粒径が550nm未満である実験1~12では、第1電極と基板との密着力はいずれも良好であった。このことから、結晶粒界でアルカリ金属が十分にトラップされていると考えられる。これに対して平均粒径が550nm以上の実験13~16では、第1電極と基板との密着力はいずれも低下しているとともに、誤差(不均一性)も大きくなっていた。
Claims (6)
- 結晶粒を含む第1電極と、
カリウム、ナトリウム及びニオブを含み、前記第1電極の上方に設けられた圧電体層と、
前記圧電体層の上方に設けられた第2電極と、
を備え、
前記結晶粒の平均粒径が1nm以上20nm以下であり、
前記第1電極が、カリウム及びナトリウムを含む、圧電素子。 - 請求項1において、
前記第1電極は、白金族元素を主成分とする、圧電素子。 - 請求項1又は請求項2において、
前記第1電極は、白金を主成分とする、圧電素子。 - 請求項1ないし請求項3のいずれか一項において、
前記第2電極は、白金族元素を主成分とし、
カリウム及びナトリウムを含む、圧電素子。 - 請求項1ないし請求項4のいずれか一項において、
前記第2電極は、白金を主成分とする、圧電素子。 - 請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の圧電素子を含む、液体吐出ヘッド。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017238792A JP7130950B2 (ja) | 2017-12-13 | 2017-12-13 | 圧電素子及び液体吐出ヘッド |
US16/217,123 US10580958B2 (en) | 2017-12-13 | 2018-12-12 | Piezoelectric element and liquid ejection head |
EP18212093.1A EP3499594B1 (en) | 2017-12-13 | 2018-12-12 | Piezoelectric element and liquid ejection head |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017238792A JP7130950B2 (ja) | 2017-12-13 | 2017-12-13 | 圧電素子及び液体吐出ヘッド |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019106478A JP2019106478A (ja) | 2019-06-27 |
JP7130950B2 true JP7130950B2 (ja) | 2022-09-06 |
Family
ID=64665205
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017238792A Active JP7130950B2 (ja) | 2017-12-13 | 2017-12-13 | 圧電素子及び液体吐出ヘッド |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10580958B2 (ja) |
EP (1) | EP3499594B1 (ja) |
JP (1) | JP7130950B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2021027133A (ja) * | 2019-08-02 | 2021-02-22 | 住友化学株式会社 | 圧電積層体、圧電素子および圧電積層体の製造方法 |
JP7423978B2 (ja) * | 2019-10-28 | 2024-01-30 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電素子、液体吐出ヘッド、およびプリンター |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013164955A1 (ja) | 2012-05-01 | 2013-11-07 | コニカミノルタ株式会社 | 圧電素子 |
JP2016139643A (ja) | 2015-01-26 | 2016-08-04 | Tdk株式会社 | 圧電薄膜素子、圧電アクチュエータ、圧電センサ、並びにハードディスクドライブ、及びインクジェットプリンタ装置 |
WO2017158345A1 (en) | 2016-03-16 | 2017-09-21 | Xaar Technology Limited | A piezoelectric thin film element |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005039179A (ja) | 2003-06-30 | 2005-02-10 | Kyocera Corp | セラミック電子部品およびその製造方法 |
JP2005244091A (ja) | 2004-02-27 | 2005-09-08 | Kyocera Corp | 圧電積層体、圧電アクチュエータ、印刷ヘッドおよび印刷機 |
JP5056139B2 (ja) | 2007-04-20 | 2012-10-24 | 日立電線株式会社 | 圧電薄膜素子 |
JP5531653B2 (ja) | 2010-02-02 | 2014-06-25 | 日立金属株式会社 | 圧電薄膜素子、その製造方法及び圧電薄膜デバイス |
-
2017
- 2017-12-13 JP JP2017238792A patent/JP7130950B2/ja active Active
-
2018
- 2018-12-12 EP EP18212093.1A patent/EP3499594B1/en active Active
- 2018-12-12 US US16/217,123 patent/US10580958B2/en active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013164955A1 (ja) | 2012-05-01 | 2013-11-07 | コニカミノルタ株式会社 | 圧電素子 |
JP2016139643A (ja) | 2015-01-26 | 2016-08-04 | Tdk株式会社 | 圧電薄膜素子、圧電アクチュエータ、圧電センサ、並びにハードディスクドライブ、及びインクジェットプリンタ装置 |
WO2017158345A1 (en) | 2016-03-16 | 2017-09-21 | Xaar Technology Limited | A piezoelectric thin film element |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP3499594A1 (en) | 2019-06-19 |
EP3499594B1 (en) | 2020-02-12 |
JP2019106478A (ja) | 2019-06-27 |
US10580958B2 (en) | 2020-03-03 |
US20190181328A1 (en) | 2019-06-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8715823B2 (en) | Piezoelectric thin film, method of manufacturing piezoelectric thin film, piezoelectric element, and ink jet recording head | |
JP5649316B2 (ja) | 圧電薄膜、圧電素子および圧電素子の製造方法 | |
JP5556966B2 (ja) | 圧電体素子 | |
JP2007300071A5 (ja) | ||
JP6205703B2 (ja) | アクチュエーター、液体噴射ヘッド、及び液体噴射装置 | |
JP2017143260A (ja) | 圧電素子、圧電素子応用デバイス、及び圧電素子の製造方法 | |
JP7130950B2 (ja) | 圧電素子及び液体吐出ヘッド | |
JP2019522902A (ja) | 優先電界駆動方向における圧電薄膜素子の分極 | |
JP2019161098A (ja) | 圧電素子及び液体吐出ヘッド | |
JP6206631B2 (ja) | 液体噴射ヘッド、液体噴射装置及び圧電素子 | |
JP5305027B2 (ja) | 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びに圧電素子 | |
JP2012169400A (ja) | 強誘電体膜の製造方法とそれを用いた強誘電体素子 | |
JP2012018944A (ja) | 強誘電体膜の製造方法とそれを用いた強誘電体素子 | |
US20210399205A1 (en) | Piezoelectric Element, Piezoelectric Element Application Device | |
JP5458896B2 (ja) | 液体噴射ヘッド、液体噴射装置及び圧電素子 | |
JP2012243837A (ja) | セラミックス膜の製造方法、圧電素子の製造方法、液体噴射ヘッドの製造方法、及び液体噴射装置の製造方法 | |
JP2013089848A (ja) | 圧電セラミックスの製造方法、圧電素子の製造方法、液体噴射ヘッドの製造方法、及び、液体噴射装置の製造方法 | |
JP7067085B2 (ja) | 圧電素子及び液体吐出ヘッド | |
US20230202173A1 (en) | Piezoelectric substrate, piezoelectric element and liquid ejection head | |
JP2008066414A (ja) | アクチュエータ装置の製造方法及び液体噴射ヘッドの製造方法 | |
JP2023136545A (ja) | 圧電素子 | |
JP2013102113A (ja) | 圧電素子の製造方法、液体噴射ヘッドの製造方法、及び、液体噴射装置の製造方法 | |
JP2019161099A (ja) | 圧電素子及び液体吐出ヘッド | |
JP2012169378A (ja) | 圧電セラミックス膜形成用組成物、圧電素子の製造方法及び液体噴射ヘッドの製造方法 | |
JP2013091305A (ja) | 液体噴射ヘッド、液体噴射装置、及び圧電素子 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20201002 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210713 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20210721 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210823 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220111 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220309 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20220726 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20220808 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7130950 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |